Zece dintre cele mai importante descoperiri ale lui Hubble

Zece dintre cele mai importante descoperiri ale lui Hubble

Mario Livio
"În lumea științei" №10, 2006

Prima reparație a "Hubble" în decembrie 1993. Astronauții Story Musgrave (Story Musgrave, pe manipulator), Jeffrey Hoffman (Jeffrey Hoffman, în portbagaj) și alți membri ai echipei de navetă elimină deficiențele oglinzii principale (foto © NASA de la hubblesite.org)

Puține telescoape se pot lăuda cu o contribuție semnificativă la cercetarea astronomică, cum ar fi Telescopul spațial Hubble.

Datorită telescopului spațial, ne-am extins conceptele, am revizuit teoriile preliminare și am construit noi fenomene astronomice mai detaliate.

În aprilie 2006, au fost 16 ani de când Hubble a fost în spațiu, dar până acum NASA luptând pentru reluarea zborurilor de navetă, telescopul continuă să devină descendent. Dacă astronauții nu-l pot repara, atunci până la mijlocul anului 2008 va fi complet necorespunzător.

Cu ajutorul lui Hubble, au fost făcute 10 descoperiri majore în astronomie. În ultimii ani, împreună cu alte observatoare, Hubble a descoperit doi noi sateliți ai lui Pluto, în mod neașteptat (și paradoxal) – o galaxie vastă într-un univers foarte tânăr, precum și un satelit cu masa unei planete într-un pitic maro cântărind nu mai mult decât planeta însăși.Am reușit să clarificăm caracteristicile universului, care au existat anterior doar în imaginația noastră.

1. Coliziune cu o cometă

Opt site-uri de ciocnire (pete întunecate, unele suprapuse unele peste altele și abia se disting) care au afectat emisfera sudică a lui Jupiter, sunt vizibile în imaginea luată la 22 iulie 1994. În fotografia de jos: o creștere asemănătoare cu o ciupercă de ciuperci deasupra membrelor planetei la 6 minute după coliziunea din 16 iulie (foto © Telescopul Hubble Space Comet și NASA de la hubblesite.org)

Pe o scară cosmică, ciocnirea cometă Shoemakers-Levy 9 cu Jupiter a fost un eveniment obișnuit: suprafețele planetelor și sateliții lor dotați cu cratere arată că sistemul solar este o gamă reală de fotografiere. Dar, pe scara vieții umane, un astfel de eveniment poate fi întâlnit o singură dată: în medie, o cometă se prăbușește în planetă o dată la o mie de ani.

Cu un an înainte de moartea cometă Shoemakers-Levy 9, imaginile obținute de Hubble au arătat că s-au împărțit în două duzini de fragmente care s-au întins într-un lanț. Primul dintre ei sa prăbușit în atmosfera lui Jupiter pe 16 iulie 1994, iar restul a căzut după el în timpul săptămânii. Imaginile arată emisii ca o explozie nucleară, care se ridică deasupra orizontului lui Jupiter,și apoi sedimentarea și absorbția la 10 minute după coliziune. Dar consecințele exploziei au fost observate de câteva luni.

Urmele coliziunilor ajută la clarificarea compoziției gigantului de gaze. Din fiecare dintre ele, valurile s-au împrăștiat la o viteză de 450 m / s. Aparent, acestea sunt valuri "grele", elasticitatea cărora este creată de forța flotabilității. Natura propagării valurilor indică faptul că raportul dintre oxigen și hidrogen din atmosfera lui Jupiter poate fi de 10 ori mai mare decât în ​​cazul soarelui. Cu toate acestea, dacă Jupiter a fost format ca urmare a instabilității gravitaționale a discului primar de praf de gaz, atunci compoziția lui ar trebui să fie aceeași cu cea a discului, adică ar trebui să corespundă compoziției chimice a Soarelui. Această contradicție rămâne nesoluționată.

2. Planeta extrasolară

În 2001, Societatea Astronomică Americană a cerut experților să aleagă cele mai semnificative, în opinia lor, descoperirea ultimului deceniu. Potrivit majorității, descoperirea planetelor în afara sistemului solar. Astăzi, există aproximativ 180 de astfel de obiecte. O parte semnificativă a acestora a fost găsită cu ajutorul telescoapelor la sol datorită oscilațiilor mici ale unei stele cauzate de efectul gravitațional al unei planete care o orbitează.Până în prezent, astfel de observații oferă informații minime: numai dimensiunea și elipticitatea orbitei planetei, precum și limita inferioară a masei sale.

Cercetatorii s-au concentrat pe acele planete ale caror planuri orbitale sunt orientate de-a lungul liniei noastre de vedere. Observarea de către Hubble a primului dintre pasajele satelit detectate ale stelei HD 209458 a oferit cele mai complete informații despre o planetă din afara sistemului solar. Ea este cu 30% mai ușoară decât Jupiter, dar în același timp cu mult mai mare în diametru, posibil datorită faptului că radiația unei stele din apropiere a făcut să se umfle. Datele Hubble sunt suficient de precise pentru a dezvălui inele largi și sateliți masivi, dar nu sunt acolo. "Hubble" pentru prima dată a determinat compoziția chimică a planetei lângă o altă stea. Atmosfera sa conține sodiu, carbon și oxigen, iar hidrogenul se evaporă în spațiu, creând o coadă asemănătoare unei comete. Aceste observații sunt precursorul căutării de semne chimice ale vieții în colțurile îndepărtate ale galaxiei.

3. Agonia stelelor

Când valul de șoc de la Supernova 1987A a atins inelul de gaz existent, punctele fierbinți s-au aprins. Imaginea Hubble (foto de Dr. Christopher Burrows, ESA / STScI și NASA de la hubblesite.org)

Conform teoriei, o stea cu o masă de 8 până la 25 de ori mai mare decât masa soarelui își completează viața cu o explozie a supernovei. După ce a epuizat rezervele de combustibil, își pierde brusc capacitatea de a-și menține propria greutate. Miezul său se prăbușește, transformându-se într-o stea neutronică – un obiect masiv, superdens și straturile exterioare de gaz sunt scoase în spațiu cu o viteză de 5% din viteza luminii. Dar nu este ușor să verificăm această teorie, deoarece supernovele noastre din Galaxia nu au explodat încă din 1680. Cu toate acestea, la 23 februarie 1987, astronomii au avut noroc: o explozie supernovă a apărut într-o galaxie vecină, satelitul Calea Lactee, Norul Magellanic Mare. În acest moment, Hubble nu a fost încă lansat, dar după 3 ani, el a început să urmărească procesul și a deschis în curând trei inele din jurul stelei explodante. Centrul poate fi văzut la locul unui jumper îngust lângă un nor de gaz cu o formă de clepsidră, iar inelele mari sunt marginile a două cavități în formă de cupă, aparent formate de o stea cu câteva zeci de mii de ani înainte de explozie. În 1994, Hubble a început să observe pete luminoase care apar una după alta pe inelul central: a fost lovită de o supernova. Observațiile asupra agoniei stelei continuă.

Nebuloasa cu ochi de pisică este una dintre cele mai complexe dintre nebuloasele planetare cunoscute, care sunt formate de stele care mor, cum ar fi Soarele. Foto © NASA, ESA, HEIC și Echipa patrimonială Hubble (STScI / AURA) de la hubblesite.org

Spre deosebire de frații lor mai masivi, stelele precum Soarele mor mai elegant, scăpând treptat straturile de gaze externe, fără explozie. Aceasta durează aproximativ 10 mii de ani. Când este expus un miez central fierbinte al unei stele, acesta ionizează gazul erupt cu radiația, provocând o strălucire verde (oxigen ionizat) și roșu (hidrogen ionizat). Rezultatul este o nebuloasă planetară. Astăzi, ei știu aproximativ 2 000. "Hubble" și-a arătat formele neobișnuit de complexe în cele mai bune detalii. În unele nebuloase există mai multe cercuri concentrice care seamănă cu un ochi de taur, indicând emisii episodice, mai degrabă decât continue, de gaze. Mai mult decât atât, timpul estimat între două emisii este de aproximativ 500 de ani, prea lung pentru pulsații dinamice (la care steaua se contractă și se extinde ca urmare a opoziției gravitației și a presiunii gazului) și prea repede pentru pulsațiile termice (la care steaua se stinge din echilibru).Adevărata natură a inelelor observate rămâne neclară.

4. Nașterea cosmică

Dischetele drăguțe care arată ca amoabe urâte înconjoară stelele care formează în Nebuloasa Orion. Zona fiecărei imagini este de 2040 UA.2 Fotografie de NASA, J.Bally (Universitatea din Colorado, Boulder, CO), H.Throop (Institutul de Cercetări Sud-Vest, Boulder, CO), C.R.O'Dell (Universitatea Vanderbilt, Nashville, TN) de la hubblesite.org

S-a stabilit că jeturile înguste și rapide de gaze indică nașterea unei stele. Fiind formată, poate să evacueze două fluxuri subțiri cu mai mulți ani lumină. Conform unei ipoteze, un câmp magnetic la scară largă pătrunde în discul de praf de gaz din jurul starului tânăr. Materia ionizată, forțată să curgă de-a lungul liniilor magnetice de forță, seamănă cu margele pe un fir rotativ. Constatările lui Hubble au confirmat prezicerea teoretică a faptului că jeturile se naște în centrul discului.

În același timp, datele obținute de Hubble, au respins o altă ipoteză cu privire la discurile circumstelare. Se credea că stăteau atât de adânc în norul părinte că era imposibil să le vadă. Hubble, pe de altă parte, a descoperit dintr-o duzină de discuri protoplanetare – proplide, adesea văzute ca o siluetă împotriva unei nebuloase. Cel puțin jumătate dintre tinerii studenți au asemenea discuri, indicând că materiile prime pentru formarea de planete în galaxie sunt suficiente.

5. Arheologie galactică

Ciudatele vedete tinere de la periferia nebuloaselor Andromeda pot fi "fragmente" ale coliziunilor galactice. Foto © NASA, ESA și T.M.Brown (STScI) de la hubblesite.org

Astronomii cred că mari galaxii, cum ar fi Calea Lactee și vecinul nostru, nebuloasa Andromeda, au crescut, absorbând galaxii mai mici. Semnele "canibalismului galactic" ar trebui să fie vizibile de locația, vârsta, compoziția și viteza stelelor din ele. Mulțumită observațiilor lui Hubble despre un halo stelare (un nor sferic slab de stele și clustere stele în jurul discului galactic principal) nebuloasele Andromeda, cercetătorii au descoperit că halo-ul include stele care diferă în funcție de vârstă: cele mai vechi sunt de 11-13,5 miliarde de ani, pentru cei mai tineri – 6-8 miliarde de ani. Acestea din urmă trebuie să se fi întâmplat accidental aici de la o tânără galaxie (de exemplu, dintr-o galaxie prin satelit absorbită) sau dintr-o regiune anterioară a Andromedei (de exemplu, dintr-un disc, dacă o parte din ea sa prăbușit în timpul unei treceri apropiate a unei mici galaxii ). În aura galaxiei noastre nu există un număr apreciabil de stele relativ tinere. Prin urmare, cu toată asemănarea dintre forma Nebulosului Andromeda și Calea Lactee, după cum arată observațiile Hubble, povestile celor două galaxii diferă semnificativ una de cealaltă.

6. Găurile negre supermassive

Jetul cu plasmă, care bate din galaxia M 87, este aparent generat de o gaură neagră aprinsă, cu o masă de 3 miliarde de mase solare. Foto © NASA și Echipa patrimonială Hubble (STScI / AURA) de la hubblesite.org

Începând cu anii 1960, astronomii au obținut dovezi că sursa de energie a quasarelor și a altor nuclee galactice active sunt gauri negre uriașe care captează substanța din jurul lor. Constatările lui Hubble confirmă această teorie. Aproape fiecare galaxie observată a găsit indicii unei găuri negre ascunse în centrul ei. Două lucruri s-au dovedit a fi deosebit de importante. În primul rând, imaginile quasarelor obținute cu o rezoluție unghiulară mare au arătat că acestea sunt situate în galaxii luminoase eliptice sau interacțioase. Acest lucru sugerează că sunt necesare condiții speciale pentru a alimenta gaura neagră centrală. În al doilea rând, masa unei găuri negre uriașe corelează strâns cu masa unei bulge stelare (îngroșarea) care înconjoară centrul galactic. Corelația sugerează că formarea și evoluția galaxiei și a gaurii sale negre sunt strâns legate.

7. Cele mai puternice explozii

Exploziile Gamma sunt scurte de radiații gamma care durează de la câteva milisecunde la zeci de minute. Ele sunt împărțite în două tipuri în funcție de durata lor.Limita este considerată a fi de aproximativ 2 secunde; în mai multe clipuri se produc mai puțin fotoni energetici decât în ​​cele mai scurte. Observații efectuate de observatorul Compton gamma, satelit cu raze X BeppoSAX și observatoare la sol, au sugerat că în timpul prăbușirii nucleelor ​​unor stele masive de scurtă durată, cu alte cuvinte, stele de tip supernova, apar semnale puternice. Dar de ce doar o mică parte din supernove ar produce explozii de raze gama?

Galaxia în care a fost observată izbucnirea cu raze gama 971214 arată ca o mică specie (indicată de o săgeată). Foto © S.R.Kulkarni și S.G.Djorgovski (Caltech), echipa Caltech GRB și NASA de la hubblesite.org

Hubble a descoperit că, în ciuda faptului că în toate zonele de formare a stelelor, supernovele se aprind în galaxii, exploziile cu raze gama lungi sunt concentrate în cele mai strălucite zone, unde se concentrează cele mai masive stele. În plus, exploziile prelungite cu raze gama apar cel mai adesea în galaxii mici, neregulate, grele. Și acest lucru este important deoarece lipsa elementelor grele în stelele masive face ca vântul lor să fie mai puțin puternic decât în ​​stele bogate în elemente grele.Prin urmare, pe tot parcursul vieții, cei săraci cu elemente grele ale stelei își păstrează cea mai mare parte din masa lor, iar când vine timpul să explodeze, ele se dovedesc a fi mai masive. Prăbușirea nucleului lor duce la formarea unei găuri negre, nu a unei stele neutronice. Astronomii cred că exploziile cu raze gama lungi sunt cauzate de jeturi subțiri ejectate de găurile negre care se rotesc rapid. Factorii decisivi pentru prăbușirea nucleului stelei de a provoca o explozie puternică de raze gama sunt masa și viteza de rotație a stelei în momentul morții sale.

Identificarea scurgerilor de raze gamma scurte sa dovedit a fi mai dificilă. Doar în ultimii ani s-au produs mai multe astfel de evenimente datorate sateliților HETE 2 și rapid. Observatorul Radioul Hubble și Chandra a constatat că energia unor astfel de rachete este mai slabă decât lungă și apare în galaxii complet diferite, inclusiv în galaxiile eliptice, unde stelele nu se formează aproape. Se pare că blițurile scurte nu sunt asociate cu stele masive, de scurtă durată, dar cu rămășițele evoluției lor. Potrivit celei mai populare ipoteze, scurgerile de raze gamma scurte apar atunci când două stele de neutroni se îmbină.

8. Marginea Universului

Galaxiile îndepărtate, de un miliard de ori mai slabe decât ochiul liber pot vedea, sunt împrăștiate în imagini ultra-profunde ale lui Hubble. Foto © NASA, ESA, S.Beckwith (STScI) și echipa HUDF de la hubblesite.org

Una dintre sarcinile fundamentale ale astronomiei este investigarea dezvoltării galaxiilor și a strămoșilor lor într-un interval de timp cât mai aproape posibil de momentul Big Bang-ului. Pentru a înțelege cum a arătat cândva Calea Lactee, cercetătorii au decis să obțină imagini de galaxii de diferite vârste – de la cei mai tineri la cei mai buni. În acest scop, pentru a capta cele mai îndepărtate galaxii, Hubble, împreună cu alte observatoare, au primit imagini cu câteva zone mici ale cerului, cu expuneri lungi: imagini profunde ale lui Hubble, o imagine Hubble super-profundă și o privire de ansamblu asupra marilor observatoare „origine“.

Imaginile suprasensibile arată galaxiile din univers atunci când avea doar câteva sute de milioane de ani, ceea ce reprezintă doar 5% din vârsta sa actuală. Apoi, galaxiile au fost mai mici și mai puțin obișnuite în formă decât sunt acum, așa cum s-ar aștepta dacă galaxiile moderne s-ar fi format prin fuzionarea de mici galaxii (și nu prin degradarea celor mai mari).Telescopul spațial James Webb, acum creat, moștenitor al lui Hubble, va putea penetra vârste mai îndepărtate.

Imaginile profunde permit, de asemenea, urmărirea modului în care intensitatea formării stelelor în Univers sa schimbat de la epocă la epocă. Se pare că a atins vârful cu aproximativ 7 miliarde de ani în urmă, apoi a slăbit treptat de zece ori. La tinerii Universului (adică la vârsta de 1 miliard de ani), rata de formare a stelelor era deja ridicată și se ridica la 1/3 din valoarea maximă.

9. Epoca Universului

Observațiile lui Edwin Hubble și a colegilor săi din anii 1920 au arătat că trăim într-un univers în expansiune. Galaxiile fug de unul pe celălalt ca și cum spațiul Universului este întins uniform. Constanta Hubble (H0), indicând rata actuală de expansiune, ne permite să determinăm vârsta universului. Explicația este simplă: constanta Hubble este viteza de împrăștiere a galaxiilor, prin urmare, dacă neglijăm accelerația și decelerarea, magnitudinea este inversă la H0, dă timpul când toate galaxiile erau aproape. În plus, valoarea constantei Hubble joacă un rol decisiv pentru creșterea galaxiilor, formarea elementelor luminoase și stabilirea duratei fazelor evoluției cosmice.Nu este surprinzător că măsurarea exactă a constantei Hubble a fost, încă de la început, obiectivul principal al telescopului cu același nume.

În practică, pentru a determina această valoare, este necesară măsurarea distanțelor față de cele mai apropiate galaxii, iar aceasta este o sarcină mult mai dificilă decât se credea în secolul XX. Hubble a explorat Cepheids în detaliu – stele cu pulsații caracteristice, perioadele care indică adevărata lor stralucire și, prin urmare, distanța față de ele, în 31 de galaxii. Precizia valorii obținute a constantei Hubble a fost de aproximativ 10%. În combinație cu rezultatele măsurătorilor radiației CMB, aceasta determină vârsta Universului – 13,7 miliarde de ani.

10. Accelerarea Universului

În 1998, două grupuri independente de cercetători au ajuns la o concluzie izbitoare: expansiunea universului se accelerează. De obicei, astronomii au crezut că universul este inhibat, deoarece atragerea de galaxii unul altuia ar trebui să încetinească răspândirea lor. Misterul cel mai complicat al fizicii moderne este problema a ceea ce cauzează accelerarea. Conform ipotezei de lucru, în Univers există o componentă invizibilă, numită "energie întunecată". Combinația dintre observațiile Hubble, telescoapele la sol și măsurătorile radiației CMB indică faptul că această energie întunecată conține 3/4 din densitatea totală a energiei din Univers.

Comparația imaginilor de timp diferit a condus nu numai la descoperirea unei supernove distale, ci și la identificarea expansiunii accelerate a Universului. Foto © NASA și J.Blakeslee (JHU) de la hubblesite.org

Expansiunea accelerată a început acum 5 miliarde de ani și până în acel moment a fost inhibată. În 2004, Hubble a descoperit 16 supernove de la distanță, care apoi au izbucnit. Aceste observații impun limitări substanțiale asupra teoriilor despre ce poate fi energia întunecată. Cea mai simplă (și cea mai misterioasă) posibilitate este că energia aparține spațiului în sine, chiar dacă este complet gol. Astăzi, observarea supernovelor îndepărtate rămâne cea mai bună metodă pentru studierea energiei întunecate. Rolul lui Hubble în explorarea energiei întunecate este enorm, deci astronomii vor fi recunoscători NASAdacă telescopul este salvat.

Descoperirile lui Hubble în Științific american:
1. Comet Shoemaker-Levy 9 Se întâlnește cu Jupiter. David H. Levy, Eugene M. Shoemaker și Carolyn S. Shoemaker. August 1995.
2. Căutarea umbrelor altor pământuri. Laurance R. Doyle, Hans-Jörg Deeg și Timothy M. Brown. Septembrie 2000.
3. Decesele extraordinare ale stelelor obișnuite. Bruce Balick și Adam Frank. Iulie 2004 (Moartea neobișnuită a stelelor obișnuite // VMN, № 9, 2004).
4. Fântâni ale tineretului: Zilele de început ale vieții unei stele. Thomas P. Ray. August 2000.
6. Cuplul galactic ciudat. Kimberly Weaver. Iulie 2003 (Cuplu galactic ciudat // VMN, № 10, 2003).
7. Cele mai strălucite explozii din Univers. Neil Gehrels, Luigi Piro și Peter J. T. Leonard. Decembrie 2002 (Cele mai strălucite explozii din Univers / VMN, № 4, 2003).
8. Galaxiile din Universul Tânăr. F. Duccio Macchetto și Mark Dickinson. Mai 1997.
9. Rata de expansiune și mărimea Universului. Wendy L. Freedman. Noiembrie 1992.
10. De la Slowdown la Speedup. Adam G. Riess și Michael S. Turner. Februarie 2004 (De la decelerare la accelerare // VMN, № 5, 2004).


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: